Voor een erectie is van tevoren opwinding nodig. Opwinding ontstaat door prikkeling van onze zintuigen (zoals ogen, gehoor, neus en tastzin). Door prikkeling van onze zintuigen (bijvoorbeeld iets zien of voelen) en met bepaalde gedachten en verlangens in het hoofd, worden er via zenuwbanen uit de hersenen signalen naar de onderbuik overgebracht waardoor zogenaamde gladde spiercellen in de wand van de bloedvaten van de zwellichamen slapper worden waardoor de bloedvaten in de penis zich verwijden en de zwellichamen zich met bloed kunnen vullen.
In de penis bevinden zich twee zwellichamen naast elkaar en ook een kleiner zwellichaam rond de plasbuis. Het vlies rond de zwellichamen wordt nu opgespannen, de penis wordt dikker en langer en komt overeind. Tegelijkertijd wordt voorkomen dat bloed uit de penis wegloopt. Om te voorkomen dat de erectie inzakt (de zwellichamen lopen weer leeg) moeten er zenuwprikkels blijven bestaan. Deze prikkels krijgt men tijdens het vrijen. Op dat hele proces van erectie krijgen heeft het mannelijk geslachtshormoon testosteron invloed. Het moet in voldoende mate in het bloed aanwezig zijn. Ook de mate van zin hebben in seks (en het libido) is in zekere mate van testosteron afhankelijk.
Men spreekt van een erectiele disfunctie ofwel erectiestoornis wanneer de penis onvoldoende stijf wordt of de stijfheid voor seksuele activiteit te kort duurt.